Нормализация стали
Нормализация стали — это термическая обработка стали, которая повышает ее свойства.
Нормализация стали, ее назначение
В процессе нормализации сталь нагревают до температуры на 30-50°C выше верхней критической точки с последующим охлаждением. Этот процесс не является одним из основных методов термообработки, так как представляет собой разновидность отжига или закалки, в зависимости от марки сплава и размера заготовки.
Изображение взято из открытого источника яндекс. картинки
Нормализация доэвтектоидных сталей позволяет получить однородную структуру с мелкозернистостью и иногда используется в низкоуглеродистых сплавах вместо отжига. В случае заэвтектоидных сталей этот процесс предназначен для удаления цементитной сетки с металла.
Нормализация необходима для изменения микроструктуры стали и используется с целью:
— снижение внутреннего напряжения;
— измельчение крупных зерен металлической конструкции;
— доведение поковок или промежуточных заготовок, изготовленных методом пластической деформации, до требуемого состояния;
— изменение свойств литых заготовок путем нормализации стали, то есть отливок, созданных путем заливки сплава в формы;
— получение модифицированных значений характеристик металла сварного шва.
Нормализация стали позволяет достигать разных, часто даже противоположных целей. При таком виде термообработки вы можете увеличить или уменьшить твердость, вязкость готового продукта или изменить прочностные характеристики.. Желаемый результат зависит от термических и механических свойств металла.
После такой термообработки сплав приобретает гомогенизированную структуру, в нем снижаются остаточные напряжения, а металл отливок становится более восприимчивым к термическому упрочнению. В продуктах, полученных давлением, связывание уменьшается, размер зерен в структуре упорядочивается.
В сочетании с отпуском эта процедура позволяет отказаться от закалки металла во избежание образования участков с дефектами. Это наиболее важно для изделий с резкими изменениями размера участка отливки.
Такой подход помогает достичь следующих результатов:
* улучшить структуру металла перед закалкой;
* повышайте обрабатываемость за счет резки;
* избавление от вторичного цементита за счет нормализации заэвтектоидной стали;
* подготовьте металл к окончательной термообработке.
Нормализация стали заключается в нагреве доэвтектоидной стали до температуры выше Ас3, а неэвтектоидной стали — выше Асм на 50-60°C с последующим охлаждением на воздухе. Во время нормализации происходит перекристаллизация стали, устраняющая крупнозернистую структуру, полученную при литье или ковке.
В результате воздушного охлаждения разложение аустенита на ферритно-цементитную смесь происходит при более низких температурах, и, следовательно, дисперсность смеси увеличивается.
Нормализация имеет различную цель в зависимости от состава стали. Вместо отжига низкоуглеродистые стали подвергаются нормализации. В результате твердость немного повышается, но качество поверхности улучшается при резке.
Для среднеуглеродистых сталей нормализация используется вместо закалки и высокого отпуска (улучшение). При этом механические свойства снижаются, но деформация изделий уменьшается по сравнению с той, которая получается при закалке.
Высокоуглеродистая (заефтектоидная) сталь подвергается нормализации с целью устранения цементитной сетки.
Нормализация с последующим высоким отпуском (600-650 °C) часто используется для исправления структуры легированных сталей вместо отжига.
Нормализация и отжиг возможные дефекты
Дефекты во время отжига могут возникнуть из-за неправильного нагрева, использования слишком высоких или слишком низких температур, чрезмерной продолжительности нагрева, из-за неподходящей атмосферы и неправильного режима охлаждения.
При слишком быстром нагреве, особенно крупногабаритных изделий, в результате теплового расширения наружных слоев в середине изделия могут возникнуть большие растягивающие напряжения, вызывающие образование трещин. Необходимо обращать особое внимание на риск образования трещин при нагреве сталей с плохой теплопроводностью и высоким коэффициентом теплового расширения, например аустенитных.
При достижении температуры отжига необходимо обеспечить выравнивание температуры, особенно для крупногабаритных изделий. Неравномерный нагрев приводит к неравномерной структуре и, следовательно, к различным механическим свойствам в разных частях изделия.
При слишком высоких температурах отжига и чрезмерно длительной выдержке образуется крупнозернистая структура, называемая структурой перегрева. Перегрев стали возможен при нагреве слитков или заготовок для горячей деформации.
Кроме того, перегрев также может наблюдаться при термообработке, особенно в изделиях сложной конфигурации, из-за несоблюдения температурного режима (нагрев до температуры, значительно превышающей критическую, или нагрев при нормальной температуре с очень длительной выдержкой).
Перегрев характеризуется появлением крупнокристаллических блестящих трещин. Перегрев может быть устранен путем отжига с фазовой перекристаллизацией, нормализации или улучшения (закалка с высокотемпературным отпуском).
Очень сильный перегрев, в дополнение к сильному росту зерен, может привести к повреждению границ зерен. Такой дефект называется выгоранием. Выгорание характеризуется плавлением и, в связи с этим, окислением металла по границам зерен и не может быть исправлено термообработкой. Эмоциональное выгорание — это неисправимый брак.
Атмосфера в печи имеет большое значение. Избыток окисляющих газов в атмосфере (кислород, водяной пар, углекислый газ и т.д.) вызывает кальцификацию и обезуглероживание.
Присутствие таких газов, как монооксид углерода, углеводороды и т.д., вызывает науглероживание поверхности.
На практике в печи всегда присутствует более или менее окислительная атмосфера. Наблюдаемое в этих случаях обезуглероживание наружных слоев иногда более вредно, чем образование накипи.
Обезуглероживание происходит из-за того, что кислород окисляет углерод раньше, чем железо. Для того чтобы произошло обезуглероживание, газовая атмосфера не должна оказывать очень сильного окислительного действия. Если скорость окисления больше скорости диффузии углерода, протекающего внутри, то происходит образование накипи, поскольку в этом случае кислород может одновременно окислять углерод и железо.
Содержание водорода в атмосфере печи оказывает значительное влияние на обезуглероживание. В то время как сухой водород практически не вызывает обезуглероживания, влажный водород приводит к очень сильному обезуглероживанию.
Обезуглероживание поверхности металла приводит к неравномерной и неполной подверженности упрочнению, например, инструментальных сталей. Кроме того, обезуглероживание способствует снижению усталостной прочности, ухудшению химических свойств поверхности.
Для защиты изделий от обезуглероживания и образования накипи отжиг проводят в ящиках или трубах, покрытых глиной, а также в ящиках, заполненных древесным углем или чугунной стружкой (отработанной).
Используемое оборудование и материалы
Изображение взято из открытого источника яндекс. картинки
Основным оборудованием для проведения процедуры нормализации являются специальные печи для закалки и отжига. Печь отапливается газом, система может содержать различные элементы. Ключевыми из них являются камеры – герметичные ящики для размещения заготовок. В дополнение к ним в оборудовании имеются нагреватели-горелки. Они нагнетают заданную температуру в камеры печи. Они работают за счет непрямого или прямого нагрева, имеют плоский раструб. Печи оснащены устройствами с регулируемыми функциями отключения. Они имеют встроенные модули, которые управляют источником питания. По типу эти устройства могут быть импульсными, пропорциональными, комбинированными. В дополнение к ним элементом оборудования являются теплоизоляторы. Нагрев внутренней камеры печи осуществляется с использованием воздушного пространства. Горелка расположена в центре камеры. Кроме того, его конструкция может быть регенеративной или самовосстанавливающейся.
Печи сопротивления с непрямым нагревом имеют другую систему нагрева. Наиболее распространенным вариантом является схема управления мощностью тиристора, управляемая микропроцессором. В работе используются различные типы сталей. Закалка зависит от условий нагрева и охлаждения. Оно может быть полным, неполным, с непрерывным охлаждением, изотермическим, ступенчатым. Она проводится в одной или двух жидких средах. Это может произойти при ограниченном пребывании в охлаждающей среде. Сочетание методов позволяет создать конструкцию с характеристиками, отвечающими необходимым требованиям к эксплуатационным характеристикам изделия. При полной закалке температура превышает критические значения. Если он неполный, то находится в диапазоне значений тушения. Если его проводить со скоростью охлаждения, превышающей критическую, охлажденная структура будет состоять из мартенсита и остаточного аустенита.
Когда скорость охлаждения будет меньше критической, структура будет состоять из ферритокарбидного сплава различной дисперсности. Если закалку проводят с непрерывным охлаждением, то ее температура ниже начальной точки мартенситного превращения.
Использованная литература:
«Термическая обработка металлов» В.М. Зуев.
Прочитайте статью, она вам понравилась? Напишите свое мнение в комментариях, поделитесь ссылкой на статью со своими друзьями.
Ссылка на статью:
ВАС также могут заинтересовать статьи по термообработке «отпуск» и «отжиг».
